磁控溅射镀膜生产ZnO∶Al（AZO）薄膜的工艺探讨

目前主要的薄膜太阳能电池有：碲化镉（CdTe）系薄膜太阳能电池、硒铟铜（CIS）系薄膜太阳能电池、非晶硅系薄膜太阳能电池、晶硅系薄膜太阳能电池。研究人员研制出了价格低廉、原材料丰富、无毒且性能稳定的绒面ZnO∶Al陷光结构来作为薄膜太阳能电池的前电极。具有弹坑状绒面结构的AZO透明导电薄膜可以增强太阳光的散射作用，改善陷光效果，增加电池对太阳能的吸收量，提高薄膜太阳能电池的转换效率。磁控溅射镀膜工艺在玻璃衬底上制作AZO透明导电薄膜具有成膜速度快、膜层均匀、成膜面积大等优点，是较为合适的生产AZO薄膜的工艺方法。

磁控溅射镀膜工艺的基本原理：在密闭的真空腔室内放置有特殊设计的阳极和阴极，其中阴极装有溅镀材料，在真空腔室充入常用的Ar、O2、N2等工艺气体；在外加电压的作用下工艺气体分子产生电离，形成等离子体。带正电的离子受到电场的作用飞向阴极，轰击靶材表面，轰击出的靶材原子以一定的速度沉积在所镀玻璃的表面形成薄膜。在靶材的选择上，目前由磁控溅射工艺生产透明导电薄膜AZO时所用靶材有两种类型：①陶瓷AZO靶材；②合金锌铝靶材。应根据实际情况，选择合适的靶材产品。在玻璃基板加热温度方面，研究表明：玻璃基板温度低，薄膜原子在基板上运动能力差，降低成膜速度，增加膜层的粗糙度，减弱薄膜与玻璃基板之间的结合力，电阻系数升高。较高的玻璃基板温度，有利于薄膜生长，膜层光滑均匀，膜层太阳光透光率高，一般基片温度保持在200~300℃之间。在溅射气体压力的选择方面，磁控溅射的合适压力范围为1.33×10-1 Pa～1.33×10-2 Pa数量级，压力太高或太低，都不利于形成良好质量的AZO透明导电薄膜。

作为一种新的TCO材料，AZO相对于ITO和FTO有很大优势，要大规模产业化还必须在如何降低设备及工艺成本上进一步研发。从根本上说，AZO薄膜的结构性能的好坏决定了其光电性能的优劣，必须在工艺参数上多做研究，实现高质量和低成本的双赢。